環(huán)氧填充取向碳納米管束雜化微膠囊及其氰酸酯復合材料的研究.pdf

1、氰酸酯（CE）樹脂具有優(yōu)異的力學性能、高的耐熱性能及良好的介電性能等，廣泛用于電子信息、電子封裝等領域。但是由于固化后的CE樹脂具有高的交聯(lián)密度，因此CE樹脂材料呈現(xiàn)脆性，在材料使用過程中易產生裂紋，從而降低材料的安全使用性能并限制了材料的應用領域。此外，電子信息材料的高速發(fā)展，要求材料具有更優(yōu)異的力學性能及熱性能等，因此有必要提高CE樹脂復合材料的綜合性能。研究表明通過添加含有修復劑的微膠囊（MCs）可有效實現(xiàn)材料內部裂紋的修復，延長

2、材料的使用壽命，并可提高材料的韌性。碳納米管束（CNTB）具有獨特的力學性能、熱性能及電性能等，其內部呈多孔隙結構，文獻報道通過在其孔隙中浸入膠黏劑/低聚物可有效提高CNTB的比強度，所得到的膠黏劑/低聚物浸漬的CNTB體系可有效改善聚合物的力學性能、電性能及熱性能等性能。因此本文制備一種環(huán)氧樹脂膠黏劑浸漬的CNTB雜化MCs，并將其應用到CE樹脂體系，這種MCs不但可實現(xiàn)材料內部裂紋的修復，還可賦予材料優(yōu)異的力學性能、耐熱性等性能。本

3、文主要研究內容有：
　　首先，以取向碳納米管束（ACNTB）和雙酚A型環(huán)氧樹脂為原料，采用溶液浸漬法獲得環(huán)氧樹脂浸漬的ACNTB（epoxy@ACNTB)粒子，然后將epoxy@ACNTB粒子分散在含有環(huán)氧樹脂胺類固化劑（FS-2B）的水溶液中，利用化學界面反應，在epoxy@ACNTB粒子表面形成碳納米管（CNT）/環(huán)氧樹脂聚合物雜化物膜，得到CNT/環(huán)氧樹脂聚合物雜化膜包覆epoxy@ACNTB粒子的MCs。討論了不同原料配比

4、對MCs結構與性能的影響。通過紅外光譜（FTIR）和 X射線衍射（XRD）分析MCs的化學結構。通過掃描電子顯微鏡（SEM）、透射電子顯微鏡（TEM）和激光共聚焦顯微鏡（LSCM）觀察 MCs的形貌。利用熱重分析法（TGA）和差示掃描量熱法（DSC）分析MCs的熱性能。研究結果表明：MCs具有較高的初始分解溫度Tdi（263~273℃），MCs中填充環(huán)氧樹脂含量為62~80％，聚合物薄膜殼厚度為1~2μm，MCs在~200 ℃具有良好的

5、耐熱性和化學穩(wěn)定性，并在丙酮溶劑中具有良好的耐溶劑性。
　　將制備的epoxy@ACNTB雜化MCs應用到高性能CE樹脂體系，詳細研究了MCs對CE樹脂力學性能、熱性能、燃燒性能、介電性能及自修復性能等性能的影響。研究表明：由于MCs可以催化CE樹脂體系反應并與CE樹脂基體有良好的界面作用，同時MCs中ACNTB中CNT間的載荷轉移能力增強及MCs在樹脂基體對裂紋的鈍化或鉚接等原因，MCs可以明顯改善CE樹脂的力學性能。當MCs的

6、含量為5wt%時，CE/MCs的力學性能最佳，與未添加MCs的純CE樹脂相比，其彎曲強度、沖擊強度、拉伸強度和斷裂韌性分別提高了59%、45%、32%和71%。適當MCs的加入在一定程度上可維持CE樹脂基體的耐熱性。由于MCs中含有CNT，MCs的加入可以提高CE樹脂基體的介電常數(shù)，且對CE樹脂基體的介電損耗影響較小。由于MCs中含有高熱導CNT及MCs與樹脂基體有良好的界面作用，使得MCs的加入可以提高CE樹脂基體的熱導率。當MCs的

7、含量為10wt%和15wt%時，CE/MCs體系的導熱系數(shù)比純CE樹脂體系提高了約16%和18%。MCs加入CE樹脂體系可以提高CE樹脂基體交聯(lián)密度，以及MCs中環(huán)氧樹脂在加熱過程中體積收縮現(xiàn)象，使得MCs的加入可以降低CE基體的熱膨脹系數(shù)（CTE）值。MCs的加入促進CE/MCs體系在燃燒過程中形成致密炭保護層，提高CE樹脂體系的耐燃燒性能。破裂的MCs在加熱條件下可以釋放出環(huán)氧樹脂修復劑至裂紋處，其與樹脂基體中未反應的-OCN或三嗪